【摘要】 随着白内障超声乳化联合人工晶状体植入术的日臻完美及人工晶状体技术的不断进步，非球面人工的出现为白内障患者术后获得更好的视觉效果带来了福音。本文通过对非球面人工晶状体的设计原理、发展历程、选择依据、材质比较、临床研究等多方面探讨，全面地分析总结了非球面人工晶状体，并对其未来发展进行展望。

　　【关键词】 非球面人工晶状体;超声乳化;白内障

　　Advancement of the aspheric intraocular lens

　　Jing-Lei Yao1, Shou-Zhi He2, Bing Xu1, Lin Xiao1, Li Liu1

　　1 Department of Ophthalmology, Shijitan Hospital, the No. 9 Hospital of Beijing University, Beijing 100038, China;2Department of Ophthalmology, General Hospital of Chinese PLA, Beijing 100853, China

　　Abstract With the advancement of phacoemulsification and intraocular lens implantation (IOLs) and the improvement of IOLs technical, aspheric IOLs can produce better visual quality. Through the investigation on the design, development, selection, materials and clinical researches of aspheric IOLs, we held a complete analysis of aspheric lens and an astimation of it prospect in the present article.

　　• KEYWORDS: aspheric lens; phacomulsification; cataract

　　0引言

　　随着白内障超声乳化联合人工晶状体植入术的日臻完美，白内障手术已不仅仅是一种复明手术，更是一种屈光性手术，眼科医生和患者都对术后的视觉质量给予了更高的希望，不仅仅要求视物清晰，更希望获得舒适、持久的更为完美的视觉效果。然而临床上白内障术后的患者，在视力改善的同时，常伴随着其他如眩光、暗视力差、视物变色以及客观视力好而主观视物模糊等问题。植入传统的球面人工晶状体后增大的球差，是影响术后视觉质量的原因之一，因此近年来非球面人工晶状体的问世，为进一步提高视觉质量带来了希望，在其研究与开发被医生和患者所逐步接纳之后，将更为广泛的应用于临床。

　　1非球面IOL的设计原理

　　人眼并非完美的光学系统，角膜和晶状体等存在着各种像差，限制着人眼的视觉质量。研究发现，随着年龄的增长，即使无任何眼部病变，人眼的对比敏感度也会逐步下降。波前像差检测技术表明这种视觉质量的下降与晶状体的球差增加密切相关[1,2]。在正常眼中，球差=角膜球差+晶状体球差。角膜具有正的球面像差，对于年轻人，其晶状体具有负球差，可以弥补角膜所引起的正像差，使眼的总像差处于较低的水平，达到最佳的视功能[3]。角膜在人的一生中处于一个相对稳定的状态，而晶状体的改变使视力和对比敏感度随着年龄下降的主要影响因素[4]。随着年龄的增加，晶状体的球差也逐渐增大，其像差补偿作用明显下降[5],40岁以后，晶状体的球差逐渐转为正值，这就相对增加了角膜的球差，使眼的总球差增高[6]，导致了屈光系统视觉质量的下降。人工晶状体眼的球差=角膜球差+人工晶状体球差。目前常用的传统的人工晶状体为等凸双球面的表面设计，存在正球差，在角膜本身正球差的基础上，植入此种人工晶状体，更增加了人眼的总球差，影响了术后视觉质量。因此要使患者获得更佳的视觉效果，就要降低术后眼的总球差，非球面人工晶状体正是基于这一理论而研发的，通过晶状体表面的非球面设计，使其具有零球差或负球差，以使术后眼的总球差处于较低的水平，从而达到年轻人的视觉水平。

　　2非球面IOL的发展历程

　　早在1985年，我国就已出现了非球面人工晶状体。此种人工晶状体光学部分材料为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，呈平凸形，凸面向视网膜并为非球面，光学部直径6mm,中央平均厚度为0.95mm。利用只要使人工晶状体的前主点与原晶状体的前主点重合且两者屈光度相等即可取得等视像的原理，在通过人工晶状体凸面向后接近原晶状体主点的同时，利用13°前倾角达到这一目的[7]。这是国际上最早的非球面人工晶状体，但因缺乏生产设备与临床客观指标而未能得到推广。1991年，Atchison研制了一种非球面人工晶状体，他将人工晶状体的表面制成二次曲面，获得了合适的像差与屈光状态的改变[8]。然而这种非球面人工晶状体的最佳光学性能极大地依赖于晶状体的位置及偏离中心的程度。研究发现如果人工晶状体偏心明显，其产生的像差甚至比人工晶状体更大[9]。1999年，Wenner等通过人工晶状体非球面的一面来减少像差，改变另一球面的半径来获得更大的屈光力。结果表明，使用非球面人工晶状体能够减少光线衍射，改善视觉性能[10]。进入二十一世纪，波前像差技术在人工晶状体设计中的应用，使非球面人工晶状体的研发有了突飞猛进的发展。Tecnis Z9000型IOL是第一枚使用波前像差技术实现消除像差的IOL,是自IOL发明以来第一种能够产生负球面像差的IOL。这种晶状体光学部直径6.0mm, 屈光指数1.46,形状为双凸形，前后边缘为锐利的方形，其独特之处为采用Z-sharp 光学技术，使前表面由中央向周边逐渐形成扁平形态，形成非球面。通过计算出71例白内障患者角膜的平均正球差，将相应的负球差融入Tecnis人工晶状体，以求达到补偿人工晶状体眼角膜球差的目的[11]。随后，许多公司相继推出各种不同种类的非球面IOL。Alcon公司最新发布设计出一种全新的非球面人工晶状体-Acrysof SN60WF,现被称为IQ。是一种带Stableforce襻的单片式晶状体，光学部直径6.0mm, 屈光指数1.55。其特点在于其光学部后表面为非球面设计，使经过其边缘的光线发生折射并与轴旁光线汇聚，在降低IOL后表面中心厚度且不增加边缘厚度的同时，通过周边部的过折射效应，不仅代偿角膜的正球差还能代偿IOL自身的球差，从而使视网膜呈现清晰的像，也正因此使得该IOL中央厚度较其它IOL减少9%。同时由于在材料中加入了带可滤过紫外线和蓝光的有色基团，可以有效滤过对视网膜有害的蓝光，使视觉效果更加自然。

　　Acri. Tec公司的Acri. Smart 36 A是一种适用于1.4mm微切口双手超乳手术的一片式可折叠IOL，光学部直径6.0mm，具有紫外线滤过作用，前后表面为等同的双凸型非球面设计，边缘为方形。由于它不是超薄IOL，所以囊袋内植入后比较稳定，不会发生偏心和脱出[12]。Bausch & Lomb公司推出名为SofPort AO 以及Akreos AO的三片式非球面IOL，光学部直径为6.0mm,屈光指数1.43,其前后均为360°的方形边缘，独特之处在于其前后表面均为非球面设计，双凸面屈光度比例为1∶2，人工晶状体本身无像差，即整个人工晶状体周边和中心的屈光度是一致的。因此它不会对预先存在的整个视轴的高阶像差造成影响，当其在囊内发生偏心或移位时，也不会产生散光、彗差等其它像差[12]。同时，角膜的形状、瞳孔的大小对该种人工晶状体眼的像差影响也很小[13]。ThinOptX Ultrachoice 1.0 为一种适用于微切口白内障手术的超薄一片式IOL，光学部厚度仅为350μm。其第一表面为具有连续曲率的球面，第二表面为一系列同心圆组成的阶梯状弧面，这些弧面的高度相差50μm，每一圈的曲率均不同，这种组合可以使光线聚焦于一点，使其本身为零球面像差。Canon Staar 公司还推出了预装式的非球面人工晶状体，以期给术者带来更大的方便。

　　3不同像差晶状体的选择

　　本身具有负球面像差的人工晶状体，可以平衡或抵消角膜的正球面像差从而减小眼的球面像差，Tecnis Z9000、AcrySof IQ和Acri Smart 36A都属于负球差IOL。Tecnis Z9000 IOL为在瞳孔直径6mm时附加0.27μm的负球差，AcrySof IQ IOL为在瞳孔直径6mm时附加0.20μm的负球差,而Acri Smart 36A IOL则是根据-0.26的平均角膜Q值设计的。研究表明正常人群瞳孔直径6mm时角膜平均球差为+0.25~+0.28μm，国外正常人群角膜Q值为-0.26~ -0.27。因此可以看到，在植入人工晶状体后，瞳孔直径为6mm时，Tecnis Z9000 IOL 可完全抵消角膜的正球差，使眼的整体像差为0。然而最近的研究表明，当球差完全消除时，并没有带来最佳的视觉。AcrySof IQ IOL就是在此研究基础上保留了小部分正球差(0.1μm)，其负球差的设计及数字来源于对于20岁年龄段人群角膜后曲率和自然晶状体的研究结果[14]。从统计学来看，人眼高阶像差平均接近于零，但球差有明显的正数值(球差~ +0.10um)，实验研究表明保留小部分的正球面像差可以帮助患者达到最佳的视觉效果[15]。Mester等[16]人的实验结论是：与保留一部分正球面像差的患者相比，完全去除正球面像差的患者不能够获得最佳视觉。但是上述负球差的人工晶状体都对晶状体位置要求十分严格，需要精确的植入到囊袋内。他们必须保证有良好的中心性，不允许出现偏斜，晶状体偏中心防止产生的像差可能比普通晶状体还严重。例如Tecnis Z9000 IOL必须放置在倾斜小于7°，重心偏位小于0.4mm范围内，若超出此范围，人工晶状体眼会因高阶像差增大而影响视网膜成像质量。而球面像差为零的人工晶状体，如SofPort AO IOL 和ThinOptX Ultrachoice 1.0 IOL，角膜的形状、瞳孔的大小及人工晶状体的位置对该种人工晶状体眼的影响则很小。这种IOL本身无球面像差，不改变角膜以及眼球固有的球面像差，因此从理论上可以为患者带来更好的视野深度。植入了此种人工晶状体的患者，虽然有正球差残留，但在某种程度上增加了它的焦深，从而提高了假性调节力。反之，遇到有些角膜无球差或负球差的患者，不会像植入负球差的非球面人工晶状体而增加球差。眼科医生的手术目的是让患者获得最佳的视觉效果，因此在术前人工晶状体的选择上，要充分考虑到患者本人的特点。如晶状体植入前作过近视激光原位角膜磨镶术和放射状角膜切开术的患者更容易形成高度数的正球面像差，对于这些患者，带有0.27μm负球差的Tecnis Z9000 IOL更为合适。而对于做过远视眼激光原位角膜磨镶术矫正的患者，应用零球差的SofPort AO IOL可能是更好的选择。

　　4不同材质IOL的比较

　　目前面市的非球面人工晶状体的材料主要为硅凝胶和丙烯酸酯两种。Tecnis Z9000 和SofPort AO 两种人工晶状体的光学部分材料均为硅凝胶。AcrySof IQ IOL 和Acri Smart 36A IOL的光学材料为疏水性丙烯酸酯，ThinOptX Ultrachoice 1.0 IOL的光学材料为亲水性丙烯酸酯。硅凝胶的最大问题是会引起前囊膜及后囊膜的纤维化混浊，早期硅凝胶材料引起的纤维化后囊膜混浊很严重，可达到总病例的50%以上。而且如果患者日后再行玻璃体切割手术，硅油会附着于人工晶状体表面，影响视力。但作为植入物材料，硅凝胶是一个飞跃，因为它的使用产生了第一枚可折叠人工晶状体，可以在不扩大超声乳化切口的情况下植入眼内。硅凝胶的另一个物理特性是可压缩性，在尺寸相同的前提下，植入硅凝胶晶状体的切口肯定比丙烯酸晶状体要小。同时，硅凝胶材料的价格相对丙烯酸酯更为便宜。与硅凝胶相比，丙烯酸酯具有更好的生物相容性。尤其是包被有纤维连结蛋白膜的疏水性丙烯酸晶状体，能够吸附纤维连结蛋白，从而保证了IOL与前、后囊膜紧密粘联，与硅凝胶和PMMA IOL相比能明显减少术后晶状体上皮细胞增殖[17]，同时具有免疫隔离作用，在对抗术后炎症反应，减少相关并发症方面有良好的表现。现代观点认为，丙烯酸材料，尤其是疏水性的丙烯酸材料是最理想的白内障人工晶状体材料。但是丙烯酸材料有更为明显的眩光现象，目前还没有一个厂家可以将其完全消除[18,19]。而且Vilarrodona等[20]研究发现丙烯酸酯IOL导致的患者像差的升高较硅凝胶和PMMA IOL更为明显。那么针对球面和非球面的设计差异而得出的研究结果会不会受到IOL材料的影响，也需要进一步探讨。

　　5各种非球面IOL的临床研究

　　1980年代末期，姚克等[21]将自行研制的最早期的非球面人工晶状体首次应用于临床，结果表明，使用此种非球面等视像人工晶状体，能够获得满意的视力结果;球差实测值与晶状体处于最佳成像状态下的球差值基本相符，基本上无球差;且其平均表观调节能力明显高于球面人工晶状体。这是国际上最早的非球面人工晶状体的临床尝试。Tecnis Z9000 IOL是最早出现在市面的负球面像差的IOL，也是第一个被FDA认证的可以提高视功能，尤其对老年司机更为安全可靠的IOL，因此对它的临床研究的进行也是最早并且最为广泛的。早在2002年，Packer等[22]将Tecnis Z9000 IOL与球面人工晶状体AMO AR40e进行比较，波前像差分析结果显示在中度光条件下的1.5和3 cpd中与适光条件下的6、12和18 cpd中, 植入Tecnis Z9000 IOL患者的对比敏感度都明显优于AR40e IOL。2004年，Packer[23]再次将Tecnis Z9000 IOL与AR40e IOL 进行术后3mo的波差分析比较，发现Tecnis Z9000在中度光条件下的1.5、3和6cpd中和光适应条件下的3、6cpd中有更好的对比敏感度，因此更适合夜间开车的患者。

　　2003年，Kershner等[24]为156例白内患者的221眼随机植入了3种IOL，分别是Tecnis Z9000 IOL、AA4207VF(STAAR)和AcrySof SA60AT (Alcon), 进行术前和术后对比敏感度的检查。结果显示，术后1mo时，Tecnis组的裸眼视力明显优于其他两组。同时，Tecnis组的明视力较术前提高38%~47%，伴眩光的明视力提高38%，暗视力提高43%~100%，伴眩光的暗视力提高9%~100%，而另外两组则较术前没有明显提高。术后3mo非球面晶状体在视网膜成像分析与视功能测定中较非球面晶状体有较大改善，这种改善在暗视力和夜间眩光问题上更为突出。同年，Mester[25]也对Tecnis Z9000 IOL和另一种球面Allergan SI-40 IOL进行了植入术后视功能的比较。结果显示，术后3mo，Tecnis组的最佳矫正视力、低对比度视力和对比敏感度均明显高于SI-40组。同时波前像差分析显示Tecnis组术后的球面像差接近于零。2005年，Bellucci等[26]进行的一项多中心随机对照实验中，将Tecnis Z9000 IOL与AcrySof SA60AT IOL 的术后3mo检查结果进行对照，结果显示Tecnis组在亮光和暗光下均获得较好的对比敏感度。同年，Pepose[27]应用射线描计法来评价3种硅凝胶IOL的偏心对视觉质量的影响，分别为Tecnis Z9000 IOL(AMO)、SofPort AO(Bausch & Lomb)和LI61U(Bausch & Lomb)。实验在瞳孔直径为3.0mm、4.0mm、5.0mm，IOL偏心0.0mm、0.25mm、0.50mm、0.75mm和1.0mm下分别计算并描记MTF曲线。结果显示Tecnis Z9000和LI61U的偏心导致了不对称的高阶像差，对术眼的视觉质量产生了不利影响，而SofPort AO由于球差为零，其偏心没有产生其他的像差，故对视觉质量没有影响。2006年，Munoz [28]将Tecnis Z9000与其它两种球面晶体AR40e(AMO)和Stabibag(Ioltech)相比较，在瞳孔直径分别为4mm和6mm时通过Hartmann-Shack波前像差分析仪进行比较，结果显示Tecnis Z9000组术后具有更低的球差和更高的Strehl率，但在屈光度、视精确度、和对比敏感度方面3组没有明显差异。同年，Rocha[29]等进行的一项随机对照实验，将Acrysof IQ、Acrysof Natural及AMO Sensar分别植入40支眼，在术后3mo评价IOL对视功能的影响。波前像差分析显示与其他两组相比，Acrysof IQ组具有更低的球差、总像差与高阶像差(P <0.01)，在中度照明条件下(FACT-Optec6500)，Acrysof IQ组的对比敏感度、最佳矫正视力都得到了更令人满意的结果。

　　6非球面IOL的前景展望

　　波前像差技术在白内障手术与人工晶状体设计中的运用，是人工晶状体发展历程上的一大里程碑。非球面人工晶状体的诞生，为白内障患者术后获得更佳的视觉质量带来了希望，相较传统的球面形晶状体，它在光学性能上更接近人类自然的年轻的晶状体，初期的临床应用也证实其能够提高对比敏感度，使患者获得更好的功能性视力。很多研究者认为，非球面人工晶状体将全面取代传统的球面人工晶状体，成为人工晶状体的主流。

　　但是，应该注意到，目前的非球面人工晶状体也仍存在着自身的不足。作为一项新技术，其临床应用尚处于初期，仍需要大量的临床研究来证实。非球面晶状体对手术操作的精确度要求也很高，晶状体的偏心或倾斜都会带来更大的像差，虽然现代的IOL植入术已经可以使偏心小于0.3mm, 倾斜小于3°[30]，但是在实际操作中，术者的技术水平、患眼囊膜悬韧带的情况等都会影响到IOL的位置。而且人工晶状体的不同材料对于晶状体像差的影响，也有待进一步研究。同时作为有着更高要求的屈光性白内障手术，人工晶状体的理想状态是可以做到根据每个患者角膜的球差来设计非球面人工晶状体，真正达到白内障手术的个性化、个体化，到那时，得到完美的视觉效果，将不再遥远。

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